Eingangs-Selektion bei AM Groß-Supern
Eingangs-Selektion bei AM Groß-Supern
Die abstimmbaren Bandfilter (bzw. Schwingkreise) vor dem Mischer beim AM Empfänger haben folgende Aufgaben.
- Unterdrückung des Empfangs auf der Spiegelfrequenz. Dadurch Vermeidung von Pfeifstörungen und Spiegelfrequenz-Empfang.
- Unterdrückung von starken Empfangssignalen in der unmittelbaren frequenzmäßigen Nachbarschaft des Nutzsignals. Dadurch Vermeidung von Übersteuerung der Eingangsstufen.
- Realisierung eines näherungsweise konstanten Durchlaßbereichs trotz Frequenz-Variation von 1:3 bei MW. (Gilt nur für die abstimmbaren Bandfilter.)
Gegen Ende der '30er Jahre war für den Musikliebhaber der AM Ortsempfang praktisch die einzige Möglichkeit, zu Hause eine (nach heutigen Maßstäben halbwegs) HiFi gerechte Musikdarbietung zu genießen.
Die AM HiFi-Empfänger der '30er Jahre waren daher i.w. für Ortsempfang dimensioniert und daher auch nicht sehr empfindlich, denn AM HiFi Fernempfang macht keinen Sinn, weil die Übertragungs-Verzerrungen sehr stark ansteigen, sobald Interferenzen zwischen Bodenwellen und Raumwellen zum Tragen kommen.
Dieser Radio-Empfang war dann auch störungsfreier als die stark rauschenden Schellack-Platten.
Für die Firma Siemens war AM HiFi offensichtlich ein Verkaufsargument, das sich in den Bezeichnungen der Spitzen-Geräte der Jahrgänge 1937 bis 1939 widerspiegelt. Es gab "Kammermusik-Schatullen" und preislich und qualitativ darüber die "Kammermusik-Geräte" KMG 1 bis KMG 4B. (Näheres bei "AM HiFi-Empfänger".)
Siemens Kammermusik-Schatulle 76W
Die erste einer ganzen Reihe von "Kammermusik-Schatullen" brachte Siemens den 76W 1937/38 auf den Markt. Es war ein Gerät mit Bandfilter-Eingang für LW und MW ohne Vorstufe, aber mit 2 Lautsprechern. Es war daher eher für Orts-Empfang bzw. Bezirks-Empfang als für Fern-Empfang konzipiert, denn Kammermusik im Fern-Empfang ist wegen der damit verbundenen Fading-Störungen schon sehr "gewöhnungsbedürftig".
Ein Indiz für die Konzeption des Gerätes für Orts-Empfang ist einmal der "Nah-Fern-Umschalter" im Antennen-Eingang.
Das Eingangs-Bandfilter für LW und MW kann in seiner Bandbreite umgeschaltet werden (in Kombination mit der Bandbreiten-Regelung in den ZF-Filtern). Es wurde folglich auch in dieser Hinsicht der Frequenzgang des Gerätes für "AM-HiFi" realisiert.
Für KW gibt es nur einen Einzelkreis vor der ACH1.
Das Gerät hat (anders als das weiter unten gezeigte Gerät von Telefunken T7001WK) "nur" eine Eintakt-Endstufe mit einer AD1, jedoch einen sehr angenehmen Klang.
Orchester-Super von AEG
Die Firma AEG brachte 1939 einen "Orchester-Super" AEG 709WK als Spitzengerät heraus. Dies ist ein weiteres Beispiel für ein Radio ohne HF-Vorstufe, aber mit einem abstimmbaren Eingangs-Bandfilter für MW und LW.
In der 1939 offenbar "neuen" Darstellung in Form eines "Funktions-Schaltbildes" (Kurzschaltbild) sieht man seine "Besonderheiten". (Auch sind die Schwingkreise hierbei als "Kreise" gezeichnet.)
- Im "Normal-Betrieb" hat er ein abstimmbares Zweikreis-Bandfilter (magenta markiert) direkt am Gitter der ECH11.
- Bei Druckknopfabstimmung hat er nur einen einzelnen Eingangskreis. Zum Auffinden des gewünschten Senders mit Hilfe des kleinen Drehknopfes am Drucktastenaggregat (1) läßt sich die NF-Vorröhre (EF11) als "Hilfsoszillator" schalten (zyan markiert). Man stellt dann mit der "normalen" Abstimmung, also mit der Skala, auf den gewünschten Sender ein. Erreicht man mit dem Drehknopf des Drucktasten-Aggregates diese Frequenz, schlägt das magische Auge voll aus.
- Für den Hörer von "Orchester-Musik" war diese Druckknopfabstimmung eine bequeme Möglichkeit, seine Lieblings-Sendungen zu hören. Voraussetzung dafür war, daß die zugehörigen Sender ungestörte "Exklusiv-Wellen" hatten und keine Fadings auftraten.
- Der Hochton-Lautsprecher hat permanent-dynamische Erregung. Das ist "eigentlich" seltsam, weil damals "unüblich".
- Jedoch, schaut man sich das "Parallel-Gerät" von Telefunken an, den "Groß-Super" D760WK, so stellt man fest, daß dieser - bis auf den 2. Lautsprecher - schaltungsmäßig identisch ist, bei leicht abweichender Form des Gehäuses.
- Woher also beim AEG 709WK eine zusätzliche Spannung für die Felderregung des kleinen Lautsprechers nehmen? Bleibt also nur ein permanetdynamische Lautsprecher übrig, wenn die Schaltung sonst unverändert bleiben soll.
- Wenn AEG den 709WK als "Orchestersuper" vermarkten wollte, war folglich mindestens ein 2. Lautsprecher notwendig.
Kammermusik-Schatulle S&H 85W
Im Jahr 1938 war die Kammermusik-Schatulle 85W bei Siemens das "Spitzen-Gerät" (für den "Normal-Verbraucher", der sich das Kammermusik-Gerät KMG III preislich - und vom Platz her - nicht leisten konnte.)
Vom prinzipiellen Schaltbild her ist der S&H 85W zeimlich identisch mit dem AEG 709WK, hat also eine entsprechende Anzahl von Schwingkreisen und Röhren. Allerdings hat der 85W keine Stationstasten und der 2. Lautsprecher hat eine elektrodynamische Erregeung. Auf ein magisches Auge (wäre 1938 die EFM11 gewesen) hat man zu Gunsten eines Schauzeichens verzichtet. Aber genau wie der AEG 709WK hat er ein abstimmbares Bandfilter unmittelbar vor dem Gitter der Mischröhre ECH11.
Die Empfangsleistungen des S&H 85W und des AEG 709WK sind daher recht ähnlich.
Kammermusik-Schatulle S&H 95W
Während AM HiFi Empfänger bis 1938 also keine HF Vorstufen hatten, gab es 1939 dann doch entsprechende Geräte mit HF Vorstufen, wie z.B. die Kammermusik-Schatulle S&H 95W.
Interessant an der Schaltung ist, daß bei der S&H 95W für LW und MW ein abstimmbares Zweikreis-Bandfilter vor der HF-Vorstufe EF13 angeordnet ist, während zwischen EF13 und der Mischröhre ECH11 kein weiterer Vorkreis ist.
Andererseits wird für KW das Bandfilter in 2 Einzelkreise "aufgelöst", einer vor und einer hinter der EF13. Schaltungstechnisch spricht man hier von "Null-gekoppelten" Schwingkreisen, weil diese über die Röhre entkoppelt sind.
Wir kommen damit zum eigentlichen Thema für diesen Post, nämlich zu den Unterschieden zwischen Bandfilter-gekoppelten und Null-gekoppelten Schwingkreisen in der Eingangs-Schaltung von AM-Superhets mit HF-Vorstufe.
Telefunken Spitzen-Super T 7001WK
Ein ähnliches Konzept für die Eingangsselektion wie beim Siemens 95W gab es jedoch bereits 1937/38 beim TFK Spitzen-Super T 7001WK. (Hierauf machte Herr Steinmetz aufmerksam.)
Auch beim TFK T 7001WK gibt es ein Eingangs-Bandfilter für LW und MW, während für KW zwei Einzelkreise (mit Null-Kopplung) verwendet werden.
Als Parallel-Gerät der AEG gab es den "Grossen AEG 107WK".
1939 war man bei der AEG "bescheidener". Es gab als AEG Spitzengerät "nur" noch den "Orchester-Super 709WK".
Augenscheinlich entsprach das Styling von Telefunken eher dem damaligen Zeitgeschmack.
Details zum Bandfilter für LW und MW
Herr Andreas Steinmetz hat dankenswerter Weise einige Bilder zu Details dieses Eingangs-Bandfilters zur Verfügung gestellt. Diese zeigen, wie die variable Kopplung für MW und LW (bei T7001WK & T8001WK) realisiert ist.
Das Schaltbild zeigt einen Ausschnitt mit dem Eingangs-Bandfilter vom T7001WK / T8001WK.
Markiert ist der Kreis II des Eingangs-Bandfilters und die Schwenk-Spulen für LW (35) und MW (34) zur variablen Ankopplung des 2. Kreises des Bandfilters.
Darunter ist die Anordnung der Kreise zu sehen.
Die mit Pfeil markierte Achse und der Knopf sind der seitlich am Radio befindliche Wellenschalter. (M,L,K,P)
Die Fotos unten zeigen dann Details zu diesem Kreis II und der Koppel-Anordnung.
Dies ist ein Bild aus dem TFK Werkstattbuch 1937/38, das die rechte Hälfte des Chassis des T7001WK von unten zeigt.
Man sieht die Eingangs-Kreise von "oben".
Gegenüber der Skizze im Schaltbild darüber sind hier die Eingangs-Kreise um 90° nach rechts gedreht dargestellt.
Von oben nach unten, getrennt durch Schirmbleche, sind 1. der Oszillator-Kreis; 2. der Kreis I des Eingangs-Bandfilters; 3. der Kreis II des Eingangs-Bandfilters zu sehen.
Die Achse für den Welleschalter (M,L,K,U) ist da mit "Schwenkspulen-Aufbau" (?) bezeichnet. Der zugehörige "Knopf" ist dann seitlich am Radio zu finden.
Für den Kreis II (unten) gilt:
"36" ist der Trimmer für KW.
"37" ist der Trimmer für MW.
"38" ist der Trimmer für LW.
Die zugehörigen Spulen sind darüber bzw. darunter angeordnet.
(Bild 1) Hier sieht man das Eingangs-Bandfilter komplett von "oben" unter dem gleichen Winkel wie im Ausschnitt des Schaltbildes T7001WK - T8001WK.
Bei der (senkrechten) Achse in der Abschirmkammer von Kreis II (rechts im Bild) fehlt am unteren Ende das Kegel-Zahnrad. Es ist dies die Achse für den Wellen-Schalter. Für die "Schwenkspulen" dient diese Achse nur zur Führung bzw. Halterung.
Die Schwingkreise sind nun:
1. oben: LW;
2. mitte: KW;
3. unten: MW;
(Bild 2) Dies ist ein perspektivisches Bild in die gleiche Abschirm-Kammer von Kreis II.
Man erkennt hier, daß die Halterung für die Schwenkspulen beweglich (d.h. drehbar) auf der Achse sitzen und durch eine Rückhol-Feder (Spiralfeder) in die Ruhestellung gebracht werden.
Geschwenkt werden die Schwenkspulen über einen Seilzug, von dem auch die Umlenkrolle hier deutlich zu sehen ist. (Im Bild darüber fehlt der Seilzug.)
Hier sind vor allem die Anschluß-Drähte für die festen Koppelspulen gut erkennbar.
rot: LW Koppelspule (31)
schwarz: MW Koppelspule (30)
Es handelt sich allerdings um ein Foto aus einem anderen (gleichen) Gerät, daran zu sehen, daß die alle Kegelräder vorhanden sind, hier aber eine schwarze Farbe haben. (Über die Kegelräder geht es weiter zu den eigentlichen Wellen-Schaltern. Hier nicht zu sehen.)
In diesem Bild kann man "erahnen", daß sowohl die LW Spule, als auch die MW Spule feste Koppel-Windungen oben haben, die mit den roten bzw. schwarzen Anschluß-Drähten verbunden sind.
In dem vorherigen Bild (1) ist das noch nicht so deutlich erkennbar, weil es direkt von "oben" aufgenommen ist.
(Bild 3) Hier ein Detail-Foto mit der LW Spule (rote Anschluß-Drähte). Man sieht darauf ganz deutlich die feste Ankoppel-Spule (31).
Bei der MW Spule (schwarze Anschluß-Drähte) ist die feste Ankoppel-Spule (30) ebenfalls erkennbar, wenn auch etwas unscharf.
(Bild 4) Der Fokus auf die MW Spule zeigt, daß die feste MW Ankoppel-Spule (30) offenbar nur aus einer einzigen Windung besteht.
(Bild 5) Die Spulen-Platte ist nun hoch geklappt, so daß die Spulen der Schwingkreise deutlich zu sehen sind.
links: LW Spule (33)
mitte: KW Spule (29)
rechts: MW Spule (32)
(Bild 6) Hier ist die Platte mit den Spulen von Kreis II schräg hoch geklappt, so daß man erstens die Spulen der Kreise (von links nach rechts: LW (33), KW (29), MW (32)) sieht, sowie die darunter befindlichen schwenkbaren Ankoppelspulen für LW (35) und MW (34). Diese haben ebenfalls nur wenige Windungen.
(Bild 7) Hier ein entsprechendes Foto, wobei nun die schwenkbaren Koppelspulen deutlich zu erkennen sind.
links: LW (35); rechts: MW (34)
Zu erkennen ist hier, daß der "gelbe" Draht zum Mittelabgriff der Schwenkspulen geht.
Weiter unten wird der TFK "T 7001WKK Aida", ein ganz ähnliches Gerät ohne LW, aber mit mehreren Kurzwellen vorgestellt, welcher im Unterschied zum T 7001WK für MW kein Eingangs-Bandfilter hat.
Selektions-Kurven von Bandfiltern und Einzelkreisen
Man findet entsprechende Selektions-Kurven in der Literatur. Die Kurven gelten für Bandfilter fester Mittenfrequenz, jedoch sind sie qualitativ ähnlich auch bei abgestimmten Bandfiltern mit ungefähr konstanter Bandbreite.
Fig. 3-12. ist der Vergleich der Durchlaßkurven eines kritisch gekoppelten Zweikreis-Bandfilters und eines entsprechenden einzelnen Schwingkreises. (lineare Darstellung) Das Bandfilter hat einen breiteren Durchlaßbereich als der Einzelkreis, aber dafür eine größere Dämpfung für Signale, die weiter ab liegen von der Mitten-Frequenz.
Die Frequenzachse hier ist so beschriftet, daß der 3 dB Bandbreite des Einzelkreises der Abstand von "-1" bis "1" der relativen Frequenz entspricht. Die Durchlaß-Kurve des Einzelkreises ist dann auf 1/√2 ≈ 0,7 abgesunken.
Wenn nun das Bandfilter in 2 Einzelkreise (mit Null-Kopplung) aufgelöst wird, ergeben sich Verhältnisse gemäß Abb. 190.
Hier ist die Durchlaßkurve des Einzel-Kreises mit "I" bezeichnet, während das Zweikreis-Bandfilter die Bezeichnung "IIk" hat. Die beiden Null-gekoppelten Einzelkreise vor und nach der HF-Vorröhre ergeben die die Durchlaßkurve "II0".
Wie man auch schon in Fig. 3-12 gesehen hat, hat ein Einzelkreis "I" eine geringere Bandbreite als ein entsprechendes kritisch gekoppeltes Zweikreis-Bandfilter "IIk". Die beiden Null-gekoppelten gleichen Einzelkreise "II0" haben folgliche eine noch geringere Bandbreite. Und, wie man aus Abb. 190 sieht, auch eine günstigere Weitab-Selektion als das Bandfilter, zumindest in dem hier dargestellten Frequenzbereich.
Diese Aussage bezüglich Weitab-Selektion relativiert sich sofort, wenn man die Einzelkreise so breit macht, daß sie in der Kettenschaltung die Gleiche Bandbreite wie der ursprüngliche Einzelkreis "I" haben. (magenta Durchlaßkurve)
Nun kann man erkennen, daß die Null-gekoppelten Einzelkreise, wenn sie resultierend die Bandbreite BI - also wie der ursprüngliche Einzelkreis - haben sollen, nun eine (kaum) geringere Weitab-Selektion erbringen, als es mit dem kritisch gekoppelten Zweikreis-Bandfilter möglich ist. Asymptotisch sind beide Steigungen - 40 dB/Dekade.
Selektions-Kurven in logarithmischer Darstellung
Zur Unterdrückung von (starken) Signalen außerhalb des gewählten Empfangs-Kanals müssen die Eingangs-Filter eine große Weitab-Selektion aufweisen. In der linearen Darstellung der Selektions-Kurven ist da nicht mehr viel zu erkennen. Daher wählt man da für die Achsen logarithmische Skalierungen. Z.T. für die Frequenz-Achse und die "Y"-Achse, z.T. nur für die "Y" Achse.
Fig. 9 ist eine doppelt-logarithmische Darstellung der Durchlaßkurven von Zweikreis-Bandfiltern mit unterschiedlichem Kopplungs-Faktor ρ im Vergleich zur Durchlaßkurve eines Einzelkreises.
Wegen der doppelt-logarithmischen Darstellung ist die Mitten-Frequenz (hier zu 0 normiert) nicht darstellbar.
Abhängig vom Kopplungs-Faktor ρ ergeben sich an den Bandgrenzen Resonanz-Überhöhungen (peak).
Die Steilheit der Flanken beträgt - 40 dB/Dekade, also einen Faktor 100 bei Frequenz-Ablage um einen Faktor 10. Dagegen sinkt die Durchlaßkurve eines Einzelkreises nur um den Faktor 10 ab bei Frequenz-Ablage um einen Faktor 10, also -20 dB/Dekade.
Selektions-Kurven von Einzelkreisen
Fig. 5 Zeigt die typische Resonanzkurve eines LC Parallel-Schwingkreises. Die Bandbreite "BW" ist der Abstand zwischen den Punkten der Resonanzkurve, bei denen die Amplitude auf den Wert R/√2 abgefallen ist, wenn das Maximum R ist. Diese Bandbreite "BW" heißt auch "3dB" Bandbreite.
In der Darstellung Fig. 5 ist der Betrag des Widerstandes |Z| des Parallel-Kreises aufgetragen.
Wenn der Parallel-Kreis durch eine Stromquelle (Anodenstrom einer Penthode oder Collectorstrom eines HF-Transistors) angeregt wird, ergibt sich für die Spannung am Parallel-Kreis die gleiche Form wie für den Widerstand |Z|.
Die Resonanzkurven werden um so höher und schmaler, je geringer die Verluste im Schwingkreis sind und damit je höher die Güte Q = ωL/R wird, wobei R die gesamten Verluste im Kreis bedeutet. Die Verluste im Kondensator, dargestellt durch den Serien-Widerstand RC sind i.a. viel geringer als die Verluste in der Spule, dargestellt durch RL.
Die in Fig. 30 angegeben Impedanzen entsprechen den für Schwingkreise im MW Bereich bzw. auf der AM-ZF (~ 460 kHz) erreichbaren Werten.
Die Phasenwinkel laufen von (asymptotisch) -90° bis +90°, wobei im Resonanzpunkt die Phasenverschiebung 0° ist.
So unterschiedlich breit die Resonanzkurven bei unterschiedlichen Güten scheinbar auch ausfallen, Fig. 30, zeigt es sich doch bei geeigneter Normierung, Fig. 11-3, daß die Kurvenformen für verschiedene Güten kaum wesentlich unterschiedlich sind.
Eine entsprechende Aussage gilt auch für die Phasen.
Resonanz-Kurven von mehreren Stufen mit Schwingkreisen
Nicht alle Vorstufen-Super haben, wie das Beispiel des S&H 95W in Abb. 110, für LW und MW ein Bandfilter im Eingang, sondern auch da vor und hinter der HF Stufe einen Einzelkreis. (wie der 95W für KW)
Fig. 12-5 zeigt die (auf gleiche Höhe normierten) Resonanzkurven von einem, 2 & 4 gleichen Schwingkreisen mit Null-Kopplung, also in einer Kettenschaltung identischer Stufen mit Eizelkreisen.
Markiert als "half-power" ist die - 3dB Höhe (0,707).
In dieser Figur ist deutlich zu sehen, wie die resultierende Bandbreite der Kettenschaltung abnimmt, je mehr gleichartige Stufen in Kette geschaltet werden.
Bereits oben in Abb. 190 ist angesprochen, daß die Bandbreiten der einzelnen Kreise entsprechend vergrößert werden müssen, wenn die Kettenschaltung insgesamt eine 3 dB Bandbreite wie der Einzelkreis erhalten soll. Diese Vergrößerung der Bandbreiten erreicht man durch entsprechende Verringerung der Güten der Einzelkreise.
Aus den logarithmisch gezeichneten Kurven der Fig. 7-3 kann entnommen werden, um welchen Faktor die Bandbreite der einzelnen Kreise erhöht werden muß, wenn, abhängig von der Anzahl n der Stufen, die Bandbreite insgesamt der eines einzelnen Kreises entsprechen soll.
Die Kurven Fig. 7-4 zeigen schließlich, wie die Weitab-Selektion eines Verstärkers mit Null-gekoppelten Schwingkreisen mit der Anzahl der Stufen (theoretisch) zunimmt.
Beispiele von AM-Radios mit Einzelkreisen im Eingang
Während beim "Orchester-Super" oder den "Kammermusik-Schatullen" der Wunsch nach AM HiFi im Vordergrund stand, liegt nun der Fokus eindeutig auf "Fernempfang", wobei dann ggf. eine Einschränkung des übertragenen NF-Bandes in Kauf genommen wird.
Blaupunkt 5W77S und 5W77
Ein Beispiel hierzu ist der "Übersee Empfänger Stuttgart 5W77S" bzw. der Typ 5W77, der sich in seiner Schaltung vom 5W77S nur unwesentlich unterscheidet.
Da sowohl der 5W77S, als auch der 5W77 für Fernempfang ausgelegt sind, wurde hierbei sowohl auf MW (5W77S) als auch auf LW (5W77) eine Lösung mit Vorkreis und Zwischenkreis gewählt.
Beim 5W77S erfolgt allerdings die Ankopplung auf den Zwischenkreis für beide KW Bereiche induktiv und nicht gemischt induktiv + kapazitiv wie hier beim 5W77.
Blaupunkt hat bezüglich der Eingangs-Schaltung praktisch keinen Unterschied gemacht zwischen der Ausführung für das Inland (5W77) und der Export-Ausführung (5W77S) des Gerätes.
Telefunken T 7001WKK Aida
Der TFK 7001WKK Aida ist augenscheinlich als Fernempfangs-Empfänger konzipiert, wie aus dem Teil-Schaltbild für die Eingangsstufen deutlich zu sehen ist.
Das Export-Gerät (TFK 7001WKK Aida) hat für MW im Eingang also eine andere Schaltung als das Gerät für das Inland (TFK 7001WK).
Stern Radio 7E81C
Ein weiteres Beispiel ist der Stern 7E81C, ein Nachkriegs-Gerät aus einem ehemaligen Graetz-Werk.
Da als Reparationen alle exklusiven MW Frequenzen nach dem WW2 verloren gingen, machte da aufgrund der Störungen durch andere AM Sender auf den gleichen Frequenzen, nun AM HiFi keinen Sinn mehr. Die Dimensionierung mit Einzelkreisen ist deshalb nur logisch und konsequent.
Literatur:
- AEG Rundfunkgeräte, Technische Sonderliste für den Fachmann, 1939
- Fortschritte der Funktechnik, Bd. 5, Frankh, 1940
- Telefunken Werkstattbuch 1937 & 1938
- Terman: Radio Engineering, McGraw-Hill, 1937, 1947 & 1955
- Seely: Electron -Tube Circuits, McGraw-Hill, 1958
- Pitsch: Lehrbuch der Funkempfangstechnik, VAG, 1953
- ITT: Reference Data for Radio Engineers, Howard & Sams, 1975
- Arguimbau: Vacuum Tube Circuits, Wiley, 1948 & 1956
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